[發(fā)明專利]熱式壓力傳感器及柔性電子皮膚

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610041771.4
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105606291B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱榮;趙帥
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01L7/08
• 分類號: G01L7/08;G01L1/16
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

1.一種熱式壓力傳感器，其特征在于，包括：

基底，所述基底上設(shè)有第一熱敏電阻元件和第一溫度補(bǔ)償電阻元件，所述第一熱敏電阻元件和第一溫度補(bǔ)償電阻元件之上覆蓋有預(yù)設(shè)厚度的彈性膜；

所述第一熱敏電阻元件，用于在被加熱到高于環(huán)境溫度的工作溫度、且外界壓力使得所述彈性膜發(fā)生形變時檢測自身溫度的變化，并將自身溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化信號，進(jìn)而檢測外界壓力造成的所述彈性膜導(dǎo)熱系數(shù)的變化；

所述第一溫度補(bǔ)償電阻元件，用于測量環(huán)境溫度并對所述第一熱敏電阻元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱式壓力傳感器，其特征在于，還包括：

第一信號調(diào)理電路，分別與所述第一熱敏電阻元件以及所述第一溫度補(bǔ)償電阻元件連接，用于調(diào)節(jié)所述第一熱敏電阻元件的工作溫度，以及將所述第一熱敏電阻元件和第一溫度補(bǔ)償電阻元件檢測的電阻變化信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱式壓力傳感器，其特征在于，所述第一信號調(diào)理電路為恒流調(diào)理電路、恒壓調(diào)理電路或恒溫差調(diào)理電路。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱式壓力傳感器，其特征在于，所述恒溫差調(diào)理電路，包括：惠斯通電橋和運(yùn)算放大器；

所述惠斯通電橋的一個橋臂為所述熱式壓力傳感器中的第一熱敏電阻元件，該橋臂的相對橋臂為所述熱式壓力傳感器中的第一溫度補(bǔ)償電阻元件，另外兩個橋臂均為固定電阻；

所述惠斯通電橋的兩輸出節(jié)點(diǎn)與所述運(yùn)算放大器的輸入端連接，所述運(yùn)算放大器的輸出端輸出反饋至所述惠斯通電橋的橋頂，形成閉環(huán)反饋回路；

所述惠斯通電橋，還包括：與所述熱式壓力傳感器中的第一溫度補(bǔ)償電阻元件串聯(lián)的可調(diào)電阻，用于調(diào)節(jié)所述第一熱敏電阻元件的工作溫度，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述熱式壓力傳感器的靈敏度和量程。

5.一種柔性電子皮膚，其特征在于，包括：

柔性基底，所述柔性基底上設(shè)有熱式壓力傳感器陣列、熱式流場傳感器陣列和引線連線；

所述熱式壓力傳感器陣列，包括：m行n列個熱式壓力傳感器，m和n均為大于1的整數(shù)，所述熱式壓力傳感器為權(quán)利要求1所述的熱式壓力傳感器，所述熱式壓力傳感器陣列中的基底為所述柔性基底；

所述熱式流場傳感器陣列，包括：p行q列個熱式流場傳感器，p和q均為大于1的整數(shù)；

所述熱式壓力傳感器與所述熱式流場傳感器交錯間隔排列，使得所述熱式流場傳感器陣列上表面形成在所述熱式壓力傳感器的彈性膜之間縱橫交叉的無彈性膜通道；

所述引線連線分別與所述熱式壓力傳感器陣列和所述熱式流場傳感器陣列連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性電子皮膚，其特征在于，所述熱式流場傳感器，包括：

所述柔性基底，所述柔性基底上設(shè)有第二熱敏電阻元件和第二溫度補(bǔ)償電阻元件，所述第二熱敏電阻元件和第二溫度補(bǔ)償電阻元件之上覆蓋有納米厚度的保護(hù)層；

所述第二熱敏電阻元件，用于在被加熱到高于環(huán)境溫度的工作溫度、且外界流場經(jīng)過所述熱式流場傳感器表面或者所述熱式流場傳感器表面粘有附著物時檢測自身溫度的變化，并將自身溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化信號；

所述第二溫度補(bǔ)償電阻元件，用于測量環(huán)境溫度并對所述第二熱敏電阻元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性電子皮膚，其特征在于，在所述熱式流場傳感器陣列中，兩個相鄰的熱式流場傳感器中的第二熱敏電阻元件采用互為垂直的熱敏絲結(jié)構(gòu)，用于測量柔性電子皮膚表面流場的流速大小和方向；

或者，

所述熱式流場傳感器中的第二熱敏電阻元件，包括：

在所述柔性基底上設(shè)有圓形的熱敏電阻區(qū)域，所述熱敏電阻區(qū)域被均分為至少三個扇形區(qū)域，每一個所述扇形區(qū)域均布置有一個迂回結(jié)構(gòu)的熱敏電阻絲，以便所述熱敏電阻絲均勻分布在所述扇形區(qū)域內(nèi)，用于測量所述柔性電子皮膚表面流場的流速大小和方向。